现代控制理论(浙大)第一章(A)ppt课件

.现代控制理论ModernControlTheory浙江大学机械电子控制工程研究所教材：现代控制理论第三版刘豹潭万盛主编机械工业出版社，教育4-302机械制造，精密仪器，工业工程专业。介绍，第一，控制的基本问题，控制问题：寻找控制系统(广义系统)s的控制律(t)，使闭环系统满足给定的性能指标要求。解决方案由三个方面组成：1.系统建模的数学模型说明系统2。系统分析定性：稳定性、可控性定量：时域索引、频域索引3。系统设计控制器设计，满足给定要求的结构设计参数设计，2，控制理论发展史(三个时期)，1。经典控制理论：(1930-50年代)(1)建模，传递函数(2)分析(基于图)，步长特性，根轨迹，描述建模，生成很多经验模式。分析状态空间基于数字的精确分析。几何学(3)设计：1948年，美国数学家维纳控制论，2 .现代控制理论： (从50年代后期到70年代初期)，现代控制理论是研究MIMO、时变参数结构、非线性、高精度、高性能控制系统的分析和设计的领域。现代控制理论发展的主要标志(1)卡尔曼：状态空间法；(2)卡尔曼：可控性和可观察性；(3)庞特李雅金：最大原理；研究对象：线性系统，非线性系统，时变系统，多变量系统，连续和离散系统数学：状态空间方法：研究系统输入/输出特性和内部性能内容：线性系统理论，系统识别，最优控制，自适应控制等。3 .智能控制理论(60年代末)，197033541980大型系统理论控制管理集成19801990智能控制理论智能自动化19903集成控制理论网络控制自动化(1)专家系统；(2)模糊控制，人工智能(3)神经网络，人脑模型；(4)遗传算法控制理论与计算机技术相结合计算机控制技术，4，控制理论趋势，企业：资源共享，互联网，信息集成，信息技术控制技术(集成控制技术)网络控制技术计算机集成制造CIMS:(工厂自动化)，第三，现代控制理论与经典控制理论的比较，共同对象-系统主要内容分析：研究系统的原理和性能设计：系统可更改性(集成性能)研究对象：单点登录(SIS0)系统，线性常数经典工具：传递函数(结构图)，仅在解决问题的初始条件为0时适用，现代控制理论预览，建模，编写，解决，转换，可控性，可观察性，稳定性，状态反馈，状态观测者，最佳控制，第1章是系统的状态空间表达式，主要内容：状态变量和状态空间表达式状态变量和状态空间表达式系统结构图状态变量和状态空间表达式创建状态矢量的线性变换状态空间表达式中的传递函数数组，系统说明中常用的基本概念，1.1状态变量和状态空间表达式，状态：完整描述系统的行为状态的信息，可以表示某个时间点的系统行为状态，将系统行为信息的集合定义为状态。状态变量：表示能够充分说明系统行为状态的最小变量集。完整说明：给定这组变量值和时间输入时间函数时，所有瞬时系统行为都完全确定。完整说明：给出了这组变量值和时间输入时间函数，系统的所有瞬时行为完全确定。最小数目：表示此变数集彼此独立。包含由阶微分方程描述的独立变量的系统，在求随时间变化的独立变量的法则时，系统状态可以完全确定。如果变量数大于或等于，则必须存在非独立变量。低于，不足以说明系统状态。状态向量：设定为系统的状态变数群组，这称为向量的分量，这称为状态向量。注意：状态轨迹：我以为是起点。状态向量端点随时间推移在状态空间末端移动的轨迹。状态空间：以状态变量为轴的维空间。在特定时间点，状态向量是状态空间中的一点。状态方程：描述系统状态变量和系统输入变量之间关系的一阶微分方程组(连续系统)或一阶差分方程(离散系统)。矢量格式：状态矢量，输入矢量，输出方程式：如果指定了系统输出，则该输出和状态变数之间的代数方程式，称为系统的输出方程式。矢量格式：输出矢量，解法：范例：建立RCL电路的状态方程式和输出方程式，如图所示。图1，微分方程，传递函数，只反映外部情况，内部连接未知，定义状态变量，二阶微分方程，选择两个状态变量，定义状态矢量，定义输出变量，一阶微分方程的定理如下：即输出方程式、状态方程式、状态空间表示式、矩阵相乘格式，可以简单地写，风格，状态空间表达式：状态表达式和输出表达式构成了一个完整的描述，即动态系统的状态空间表达式。图1中所示的回路，对于输出，如果用作状态变量，则状态空间表达式为，如果根据下面显示的微分方程：选择，则一阶微分方程组：即：状态变量选择不同，状态方程不同。p:非奇异矩阵，状态变量为的两组状态变量之间的关系是一般形式的状态空间描述写：单输入单输出固定线性系统，以向量矩阵表示的状态空间表达式：标量，d是标量，反映输出和输入的直接连接。合成矩阵如下：多输入多输出固定线性系统，公共符号：对于主：负反馈-，请参见：具有几个状态变量的几个集成商，集成商，缩放器，加法器，1.2状态变量和状态空间表达式的状态模拟结构图，状态空间说明的模拟结构图绘制步骤：绘制所有集成商；积分器的数量等于状态变量的数量，每个积分器的输出表示其状态变量之一。根据状态方程和输出方程绘制相应的加法器和放大率。使用箭头连接这些元件。实例绘制了一阶微分方程的系统结构。状态图，微分方程：实例说明了三阶微分方程的系统结构。微分方程：示例绘制了以下状态空间表达式的系统结构：此过程通常是符号说明小写字形标量、时间、复合变量小写粗体字符矢量大写粗体字符矩阵大写小型字符拉普拉斯转换符号、系统符号、1.3编写状态变量和状态空间表达式，状态空间说明的三种方法：1，由系统图生成(否)2，由系统机制推导3，由微分方程或传递函数演化，选择系统能量存储组件的输出物理量的状态变量的选择原理，状态变量非唯一状态变量的选择不同，状态空间表达式不同！其次，由系统机制设置状态空间表达式，使系统状态方程成为标准形式的变量(对角标准和约旦标准)，并选择系统输出和每个阶导数。电路如图所示。建立状态空间表示式，其中电压u1，u2为输入，uA为输出。是，解决方案: 1)可以选择状态变量两个能量存储零部件L1和L2，然后选择i1和I2作为状态变量，两者都是独立的。，2)根据基尔霍夫电压定律，热写出两个电路的微分方程：定理：3)状态空间表达式如下：yes尝试列出从外力f输出质量位移的状态空间表达式。牛顿定律，例如，选择、状态变量、位移、输入、输出、输出方程式，状态方程式，牛顿定律：以矩阵形式编写：1)选择状态变量。确定输入和输出变量；状态变量，输入变量，参数，输出变量，状态变量，输入变量，参数，2)根据系统微分方程列出一阶微分方程：3)根据系统微分方程列出代数方程。对于给定的系统微分方程或传递函数，在不改变系统的输入-输出特性的情况下，查找相应的状态空间说明。换句话说，此状态空间描述是系统的状态空间实现。3，由系统微分方程或传递函数设置的状态空间表达式，n阶SISO控制系统的时域模型为，线性常数系统的状态空间表达式如下：系统的传递函数包括：应用长除法，如果在系统传递函数中。状态空间是严格合理的真分数，是直接连接的输入、输出量的前馈系数。格式中的a、b、c确定为实现，其形式不变，需要向仅输出公式中添加一个条目，微分方程(微分方程中不包含输入函数的派生项):1，传递函数中不包含零的情况下的实现，系统的传递函数为，选择状态变量，状态表达式，输出表达式，2)转换为向量矩阵：系统矩阵，控制矩阵，输出矩阵，状态方程式，输出方程式，朋友矩阵，特征：状态变量是输出y和y的每个阶微分系统矩阵a的特征：主对角线上的因子为1，最后一个行为微分方程系数的负值为0，其他因子都称为友或伴矩阵。3 .)绘制系统结构图：状态空间表达式：解决方案：选择状态变量：标量系统映射、2，传递函数中有0的情